4。。豆豉黑色素的研究进展

农产品加工·创新版 2009年第 10期 收稿日期：2009- 09- 13 作者简介：傅振华（1984- ），男，湖南人，在读硕士，研究方向：豆豉黑色素研究。E- mail：saxophone2005@126.com。 * 为通讯作者：蒋立文（1968- ），男，副教授，研究方向：食品生物技术，食品质量安全。 E- mail：jlw- 2002cn@yahoo.com.cn。 豆豉黑色素的研究进展 傅振华，郑兵福，李白玉，*蒋立文 （湖南农业大学 食品科技学院，湖南 长沙 410128） 摘要：豆豉黑色素是发酵后期形成的一类棕褐色、结构复杂的大分子化合物。这些物质的形成，对豆豉色泽和风味的产生 起到了积极作用。国内外对美拉德反应的具体过程和机理研究的不够深入，对豆豉黑色素的具体组成、分子结构、性质也 知之甚少。有研究表明，豆豉黑色素具有明显的抗氧化、抗癌等功能，可应用到食品、医药、化工等行业中，有很大的开 发利用价值。综述黑色素的结构、生理功能、提取精制，以及结论与展望。 关键词：黑色素；类黑精；抗氧化功能 中图分类号：S565.1 文献标志码：A Advancement of the Study on the Melanins of Touchi Fu Zhenhua，Zheng Bingfu，Li Baiyu，*Jiang Liwen （College of Food Science and Technology，Hu'nan Agricultural University，Changsha，Hu'nan 410128，China） Abstract：The melanins of touchi are considered as a mixture composed by brown compounds and possessed high molecular masses in the process of the latter fermenting. Home and abroad studies showed that melanins possess significant antioxidant and resist cancer capacity etc. Some recent studies on melanins at home and abroad were introduced in the article. Key words：melanins；melanoidins；antioxidant capacity 黑色素（melanins） 是 19世纪早期的解剖学家在 研究人种差异的化学基础时被使用的 [1~3]。黑色素是 一类结构复杂多样的酚类或吲哚类生物大分子色素的 总称[4]。由于现今的生物化学和生物物理学的技术无 法对这类生物大分子提供一个化学结构式，因此黑色 素尚无一个严格的定义。按照意大利化学家 Nicolaus[5]的观点，可将黑色素分成真黑色素、棕黑色 素和异黑色素 3类。 国外对于黑色素的研究主要集中在真黑色素以及 碳黑色素方面。真黑色素是黑色或棕色的含氮大分 子，是广泛存在于人和高等动物皮肤、毛发、眼球等 组织中的重要色素，是酪氨酸及其相关化合物代谢的 最终产物[6]。目前认为是由酪氨酸在酪氨酸酶连续催 化下氧化成多巴，再氧化成多巴醌，后者经过环化进 一步氧化成某些中间产物，中间产物经过重排和脱梭 基生成 5,6- 二羟基吲哚，后者再氧化生成相应的醌， 吲哚 - 5,6醌是形成真黑色素的主要前体，与一些产 物参与聚合生成真黑色素[7]。在国外将植物性来源的 黑色素称为异黑素，这种异黑素是在多酚氧化酶存在 下通过多酚的氧化聚合而形成的，而按照碱解或氧化 降解产物来看，可以将其分为吲哚构架和儿茶酚构架 两种[8]。碳黑色素主要是指碳黑粒子混合物，具体是 颗粒极其微小的碳黑粒子，它是一种分散性黑色素， 可以分散在各种媒介中形成稳定的分散体系[9]。在印 刷油墨、涂料、高分子、电缆、汽车轮胎等产业领域 有广泛的应用。 在豆豉后发酵过程中，发生美拉德反应，积累高 分子量的类黑精物质，以及一些低分子量的有色化合 物和一些低分子量的类黑精物质，是其颜色变化的主 要原因[10]。反应过程中产生的黑色素，其结构性质方 面，还有待进一步研究。下面先介绍一下豆豉黑 色素。 1 黑色素的结构 人对豆豉后发酵颜色的形成机理还不完全了解， 而对黑色素的结构也不完全了解。迄今为止，只得到 这样的假设：食品类黑精是在糖氨基酸体系中形 成[10]。类黑精物质可以通过两种不同的途径获得，一 种是通过低分子量物质之间随机反应的中间物形成， 这些反应中间物可以是有色的或无色的；另一种是反 应体系中可能存在一个重复的单元分子，它对颜色形 成的贡献很少，甚至没有，它可能是形成类黑精的基 第 10期(总第 188期) 农产品加工·创新版 No.10 2009年 10月 Innovational Edition of Farm Products Processing Oct. ·54· 2009年第 10期 本结构，而一些有色的低分子量物质再连接到这个基 本结构中，从而形成褐色的高分子量的类黑精物质 [11]。Hofmann[12]的研究结果说明蛋白质可以担当类黑 精物质结构中那个无色的基本骨架结构。 2 黑色素的生理功能 研究表明，黑色素具有一定的抗氧化、抗诱变和 消除活性氧等性能[13]。 2.1 抗氧化功能 阚建全等人 [14]对相对分子量大于 1 000 Da的非 透析类黑精的性能进行研究时发现，与甘氨酸—葡萄 糖体系的非透析类黑精相比，豆豉类黑精具有很强的 消除羟基自由基的能力。随着豆豉类黑精浓度的上 升，豆豉非透析类黑精对自由基的消除能力相应增 强，但浓度效应不如抗坏血酸明显。此外，还有研究 表明，0.5%和 1.0%添加量的豆豉类黑精对干燥猪油 的抗氧化效果比较明显，1.0%的添加量与 0.2%的 BHT（丁基羟基甲苯） 作用相当。 秦礼康等人[15]对陈窖豆豉粑类黑精组分体外抗氧 化活性研究时，从抗亚油酸氧化能力、还原力、 [DPPH·]自由基清除能力、以及羟基自由基[·OH]清除 能力进行试验发现，陈窖豆豉粑类黑精组分抗亚油酸 氧化能力好于 VC低于 BHT；还原力比 VC和 BHT 低；BHT和 VC清除[DPPH·]自由基所需的半抑制浓 度（IC50） 仅为 5.70和 5.23 μg/mL，优于陈窖豆豉粑 类黑精各组分，其余清除[DPPH·]自由基所需的半抑 制浓度下，类黑精优于 BHT和 VC；羟基自由基[· OH]清除能力试验中，其变化趋势与抗亚油酸氧化能 力相同，均优于 BHT和 VC。 黑豆表皮本身提取物就含有黑豆色素。黑豆色素 具有直接清除细胞体系和非细胞体系产生的活性氧化 作用[16]。黄昉等人[17]在黑大豆皮的抗氧化性及活性物 质的提取研究中发现，黑豆皮中特有的色素可能是黑 大豆中主要抗氧化成分之一。 因此，豆豉类褐变食品体系以常量存在的类黑 精，作为抗氧化活性的主要功能成分，具有较大的开 发应用潜力。 2.2 结合风味物质 Thomas Hofmann等人[18]在模拟溶液体系中研究了 咖啡类黑精对咖啡饮料香味的影响。将通过水提取、 分离的咖啡类黑精采用透析法进行分级后，分别加入 含有 25种咖啡芳香化合物的模拟体系中。结果发现， 添加咖啡类黑精后，模拟溶液体系中三种典型的咖啡 风味物质（2- 糠基硫醇、3- 甲基 - 2- 丁烯 - 硫醇和 3- 巯基 - 3- 甲基 - 丁烯·甲酸盐） 明显减少，特别是 低分子量的咖啡类黑精 （1 500~3 000 Da） 可使 2- 糠基硫醇明显减少。此研究说明，咖啡类黑精具有结 合含硫风味化合物的功能。 豆豉后发酵过程中在颜色变化的同时，风味物质 也在形成，风味物质变化与黑色素变化之间的关系有 待研究。 2.3 抗癌功能 阚建全等人[14]在研究豆豉非透析类黑精的生理作 用时发现，豆豉非透析类黑精在模拟人胃液条件下能 抑制 N- 二甲基亚硝胺的合成，且不受等电点的影 响。N- 二甲基亚硝胺已确定为食物中的强致癌物质 之一。实验者认为豆豉非透析类黑精抑制亚硝胺的合 成的作用是其氧化还原性质的一种反映。 2.4 其他保健功能 黑豆色素可降低乙醇诱导急性肝损伤小鼠血清 ALT（丙氨酸氨基转化酶） 和 AST（谷草转化酶） 活 性，降低急性肝损伤小鼠肝脏 MDA（丙二醛） 水平 和升高肝脏 SOD（超氧化物歧化酶） 活性，对肝脏 GSH- Px（谷胱甘肽过氧化物酶） 含量影响较小，具 有保肝功能[19]。 黑色食品有清除自由基、延缓衰老、改善营养性 贫血、增强免疫力、改善性功能、镇静和改善睡眠等 保健功能。黑豆中的有效成分，黑豆色素不仅是一种 较为理想的食用天然色素，而且具有抗衰老功效[20]。 豆豉后发酵过程中产生的黑色素还具有食物纤维 功能、胰蛋白酶抑制剂活性、抑制生成亚硝胺作用及 抑制 ACE（血管紧张素转换酶） 活性等功能[21]。 3 豆豉黑色素的提取与精制 黑豆作为豆豉生产的一种原料，其本身表皮中也 有黑豆色素。目前，黑豆表皮中色素的提取方法主要 有传统溶剂提取法、微波提取法、大孔树脂提取法。 3.1 传统溶剂提取法 陆国权等人[22]通过试验优化了提取条件，提取液 体积分数为 0.8％盐酸酒精 （V/V），提取温度为 75 ℃，料液比为 1∶250，提取时间为 1 h。此条件 下提取 3次，色素提取率可达 91.2％，将所得色素浸 膏进行理化性质研究，确定该色素具有花色苷色素性 质，适于用作天然食用色素。 崔蕊静等人[23]研究了黑豆皮红色素的最佳提取条 件，95％乙醇与 0.1％HC1 按 1∶2 混合作提取剂， 料液比为 1∶40，温度为 70 ℃，浸提时间 100 min。 黄昉等人[24]以色素总含量为指标，以单 pH值测 定法为色素总含量测定方法，采用响应面分析法对黑 豆皮中色素的提取进行了优化，在豆皮粒度为 60目， 料液比为 1∶30，提取时间为 2 min 的固定条件下， 得到的优化条件为：提取剂为 pH值 0.5的体积分数 60％乙醇溶液，提取温度为 80 ℃。 刘福弟[25]对黑豆色素提取的最佳工艺条件进行了 研究。结果表明：黑豆色素最佳提取条件：9％盐酸 为提取液，温度为 70 ℃，料液比为 1∶30，提取时 傅振华，等：豆豉黑色素的研究进展 ·55· 农产品加工·创新版 2009年第 10期 间为 3 h，提取率为 16.2％。 3.2 微波提取法 为确定黑豆皮红色素的最佳提取条件，高雪琴等 人[26]通过正交试验优化了工艺条件，微波提取功率为 中火（385 W），体积比为 1∶1的 75％乙醇和浓度为 0.1 mol/L的盐酸为提取剂，提取时间为 120 s，提取 次数为 2 次，料液比为 1∶40，色素提取率可达 98.1％。结果表明微波用于提取天然植物色素优于传 统工艺。 3.3 大孔树脂提取法 刘岱琳等人[27]通过考察 6种树脂对黑豆红色素的 吸附量，考察温度、酸度对 YWD- 01吸附能力的影 响以及不同醇浓度对该树脂的解吸作用等，研究了大 孔树脂分离纯化黑豆红色素的工艺，选出最优树脂 YWD- 01。YWD- 01对黑豆红色素的吸附能力最强， 其在 pH值为 3时吸附效果最好，不同的乙醇浓度对 洗脱有很大影响。50％洗脱效果最好。 何健等人[28]在大孔树脂对曲霉型豆豉类黑精的精 制研究中发现，通过静态吸附试验筛选出 X- 5大孔 树脂为曲霉型豆豉类黑精最佳吸附树脂，类黑精吸附 原液 pH值为 6时，吸附效果最佳，最佳洗脱剂为体 积分数 60%的乙醇。通过动态吸附得出最佳吸附条 件：吸附吸附流速为 1.5 mL/min，类黑精原液的质量 浓度为 30.12 mg/mL，X- 5大孔树脂动态解吸最佳洗 脱剂为 60%的乙醇。 4 结论与发展 目前，黑色素是国内外学术界研究的热点，但对 美拉德反应的具体过程和机理还不清楚，对豆豉类黑 精的具体组成、分子结构和性质知之甚少，还需进行 深入研究。 国内外研究主要集中在豆豉黑色素的抗氧化功能 和提取方法上。因为黑色素具有抗氧化性，可以作为 天然食品抗氧化剂开发利用，也可以添加到化妆品中 等。豆豉黑色素提取和精制的方法主要是用大孔树脂 进行吸附和洗脱的方法，其他的方法还有待进一步 研究。 随着人们对黑色食品的青睐和黑色食品餐饮业的 繁荣，对黑豆发酵产物功能性的不断研究，黑豆发酵 产品的开发研究也必将成为新热点，豆豉黑色素的开 发研究也必将取得更大的突破，其在食品、药品或其 它行业都会得到更好的应用。 参考文献： Riley P A. 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[21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] （上接第 56页） 作效率非常有利。这种筛网一般用橡胶或聚氨脂材料 加工而成，它能降低筛面和被筛物料之间附着力，使 物料产生二次高频振动，避免筛孔堵塞，增强物料的 通透性，并且能缓解被筛物料对筛面的机械作用，较 之钢丝筛网更能经受大振幅振动。 还有研究表明，聚氨酯弹性体耐磨筛网的耐磨 性、抗撕裂性、抗冲击性、抗老化性、使用寿命、可 拆卸性等均优于金属筛网，且质量轻、噪音低，不易 产生粉尘。在筛分过程中能够产生二次高频振动，使 堵孔现象很少发生，从而提高振动筛的清选效果[9]。 5 结语 振动筛是筛分工艺过程的主要设备。目前，振动 筛产品正朝着大型化、重型化、空间化、标准化、系 列化、通用化等方向发展，寻求新的振动形式以提高 处理能力和筛分效率，进行筛分机械的系统优化，解 决振动工作方式带来的可靠性、疲劳寿命、振动和噪 声污染问题，研究难筛分物料的筛分技术等问题，是 振动筛发展过程中需要不断探索的课题。 随着计算机辅助手段的日新月异和先进的现代测 试技术的广泛应用。将会给振动筛的研究带来勃勃生 机。掌握振动筛筛分效率的影响因素和规律及提高振 动筛筛分效率的措施，对保证筛分工艺 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 稳产、高 产具有重要意义。影响振动筛筛分效率的因素很多， 提高振动筛的工作效率，要根据实际情况，综合考 虑，采取适当的措施，在保证处理量的前提下最大限 度地提高筛分效率。 参考文献： 邓玲黎. 摘脱清选装置仿真及试验研究 [D] . 镇江：江苏 大学，2005. 张路霞，李云峰. 振动筛筛分效率的影响因素分析 [J] . 煤矿机械，2008，29（11）：74-76. 方瑞，刘祖旺. 提高饲料厂振动筛工作效率的措施 [J] . 饲料工业，2009，30（7）：3-6. 贾晶霞，刘俊峰，杨欣，等. 振动筛筛分性能的影响因 素及分析 [J] . 河北农业大学学报，2003，26（1）：86- 89. 彭三河，张云华 . 谷物清选机振动筛结构的试验研究 [J] . 湖北农学院学报，2004，24（4）：313-315. 张晓桂. 新型分离清选装置的试验研究 [J] . 农业机械学 报，2002，33（3）：47-49. 季海清. 联合收获机圆筒筛孔板式二次清选装置 [J] . 农 业机械学报，2004，35（4）：207-208. 王志华. 基于 ADAMS的油菜收获机清选装置的虚拟设计 与试验研究 [D] . 镇江：江苏大学，2003. 孙进，李耀明，徐立章. 油菜联合收割机清选装置研究 动态和技术分析 [J] . 农机化研究，2006（6）：62-64. [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 《农产品加工·创 新版》 （即农产品加 工中旬刊） 是由农业 部农产品加工局重点支持的中国农产品加工业专业媒体 （国 际 标 准 刊 号 ISSN1671- 9646、 国 内 统 一 刊 号 CN14- 1310/S），是中国科技核心期刊、中国北方优秀期刊、 中国期刊全文数据库全文收录期刊、中国学术期刊综合评 价数据库统计刊源期刊、中文科技期刊数据库收录期刊和 科技部万方期刊数据库收录期刊。 《农产品加工·创新版》与国家农产品加工技术研发中 心、中国技术市场协会、中国农学会农产品贮藏加工分会、 中国农业工程学会农产品加工贮藏分会、中国机械工程学会 包装与食品工程分会、中国农业机械学会农副产品加工机械 分会合办，特聘中国工程院院士、中国农业专家咨询团主任 卢良恕等资深学者专家为顾问，并由国家农产品加工技术研 发中心及国家农产品加工技术研发专业分中心和研究院所学 科带头人和专家组成 编委会，指导和支持 办刊工作。 《农产品加工·创新版》，作为我国农产品加工技术研发 体系中学术交流和成果转化的平台，致力于推进农产品加 工业的技术进步，服务于农产品技术研发、推广人员及相 关院校师生。栏目设有热点聚焦、试验研究、工艺探讨、 分析测试、专题论述、技术装备等。 欢迎从事农产品加工、食品加工及相关学科的的科研、 教学和推广应用人员踊跃投稿、订阅 （国内邮发代号 22- 150）。 地址：山西省太原市双塔东街 124号 闻汇商务大厦 B座 2102室 电话：0351- 4606086 传真：0351- 4606089 邮编：030012 E- mail： ncpjgcx@163.com 联系人：程 力 手机：13007001189 《农产品加工·创新版》稿约 ·78·